センサ素子の取付構造
【課題】センサ素子が周囲温度の影響を受けて変位し難くし、微小変位を精度良く検出できるようにする。
【解決手段】シャフト１１の形成した切削面１６に、ホール素子１２の表面の平担部が密着するように接着剤により接着し、回路基板１３をリードフレーム１４により中空に支持する。このような構造により、リードフレーム１４や半田１５に熱膨張があっても、或いは回路基板１３が変形しても、ホール素子１２がシャフト１１に対して変位することなく、シャフト１１の回転角の測定精度に及ぼす影響は少ない。
【解決手段】シャフト１１の形成した切削面１６に、ホール素子１２の表面の平担部が密着するように接着剤により接着し、回路基板１３をリードフレーム１４により中空に支持する。このような構造により、リードフレーム１４や半田１５に熱膨張があっても、或いは回路基板１３が変形しても、ホール素子１２がシャフト１１に対して変位することなく、シャフト１１の回転角の測定精度に及ぼす影響は少ない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばホール素子等のセンサ素子の取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属の薄片から成る一般的なホール素子においては、図３に示すように磁束密度検出面であるチップ面Ｔに直交する磁界の磁束密度をＢとし、ホール素子１に定電流Ｉを流すと、磁束密度Ｂによりローレンツ力を受けて起電力が発生する。ホール素子１の出力Ｖは、Ｋをホール係数、ｄをホール素子の厚みとすると、次の（１）式となる。
Ｖ＝（Ｋ／ｄ）Ｂ・Ｉ …（１）
【０００３】
ホール素子１から成る角度センサでは、磁界方向に対するチップ面Ｔの角度を検出している。
【０００４】
しかし、この角度等を検出するためのホール素子１は、周囲温度等により取付位置が変位することがあり、検出精度への影響が生じ易い。
【０００５】
一般に図４に示すように、ホール素子１からは複数本のリードフレーム２が引き出され、半田３を介して回路基板４に固定されている。そして、例えば被固定体であるシャフト５の切削面等に取り付ける場合には、回路基板４をシャフト５に接着し、ホール素子１はリードフレーム２を介して中空に支持される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このホール素子１を用いてシャフト５の回転角度を測定する場合に、シャフト５の回転角度が極めて小さく、例えば５秒程度の分解能が必要な場合には、ホール素子１を搭載する回路基板４、半田３、リードフレーム２の熱膨張等による変形が検出精度に影響してくる。
【０００７】
つまり、回路基板４が温度により変形し易い材料であったり、リードフレーム２の長さや半田３の量に差があると、周囲温度の影響により回路基板４が反ったり、或いは図５に示すように半田３やリードフレーム２が熱膨張し、ホール素子１が傾いて変位し、高精度の測定が困難となる。
【０００８】
この課題の１つの解決法として、ホール素子１のパッケージ部を回路基板４に接着し、ホール素子１が動かないようにする方法が考えられるが、熱膨張を阻害されたリードフレーム２がホール素子１のパッケージを歪ませ、この歪みがパッケージ内部の回路基板４を歪ませ、更にはホール素子１を変位させるという新たな問題が生ずる。回路基板４が歪んでも、ホール素子１が単結晶の場合には歪みが少ないが、石英ガラス上にＧａＡｓをスパッタリングしたホール素子１のような場合は歪み易いため、その影響が顕著となる。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、センサ素子のリードフレームや、リードフレームと回路基板とを接続する半田等の熱膨張の影響を受け難くし、微小変位の検出を精度良く実施できるセンサ素子の取付構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るセンサ素子の取付構造は、回路基板にリードフレームを介して取り付けたセンサ素子を被固定体に取り付けるセンサ素子の取付構造において、前記被固定体に前記センサ素子の面を接着剤により接着し、前記回路基板を前記リードフレームを介して中空に支持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るセンサ素子の取付構造によれば、センサ素子を直接に被固定体に接着するので周囲環境の温度が変化してもセンサ素子の変位が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の構成図である。
【図２】実施例２の構成図である。
【図３】ホール素子の原理的構成図である。
【図４】従来のホール素子の取付方法の説明図である。
【図５】ホール素子が傾いた状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図１、図２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本実施例におけるセンサ素子としてのホール素子の取付構造の構成図を示している。例えば、フロート式液面計においては、フロートの上下位置を検出して液位を検出しているが、フロートの上下動をシャフト１１の回転に変換し、シャフト１１の回転角度から液位を求めることがある。
【００１５】
このシャフト１１の回転角度を検出する場合に、被固定体として非磁性体である金属製のシャフト１１にホール素子１２を取り付け、磁界中においてホール素子１２に定電流を流すことにより、ホール素子１２の出力値からホール素子１２の角度変位、つまりシャフト１１の回転角を知ることができる。
【００１６】
本実施例１における回路基板１３は、ホール素子１２のリードフレーム１４の膨張や収縮を阻害しないようにするために、例えば変形し易いフレキシブル基板を用い、この回路基板１３にホール素子１２は例えば４本のリードフレーム１４、半田１５を介して接続されている。
【００１７】
リードフレーム１４の回路基板１３への接続に際しては、半田１５の量は均一となるようにし、回路基板１３にホール素子１２を搭載する際には、ホール素子１２に永久歪を生じさせるような外力を加えないように注意する必要がある。
【００１８】
シャフト１１に形成した平坦な切削面１６に、ホール素子１２の表面の平担部が密着するように接着剤により接着し、回路基板１３をリードフレーム１４により中空に支持する。このとき、接着剤が熱膨張しても接着剤の厚み差によりホール素子１２の傾きが生じないように、接着剤はできる限り薄く均一に塗布することが好ましい。また、ホール素子１２は電気絶縁層によりコーティングされているが、ホール素子１２とシャフト１１の間に絶縁板等を介在してもよい。
【００１９】
なお、回路基板１３上のＩＣ等の回路素子は回路基板１３の表面又は裏面或いは双方に配置してもよい。
【００２０】
更に、必要に応じて回路基板１３、ホール素子１２、リードフレーム１４の周囲には樹脂１７をモールドし、電気絶縁性等を確保すると共に、他物品の衝突から保護することが好ましい。
【００２１】
このような構造にすることにより、リードフレーム１４や半田１５に熱膨張が生じても、或いは回路基板１３が変形しても、シャフト１１の切削面１６に接着したホール素子１２はシャフト１１に対して変位することはなく、シャフト１１の回転角の測定精度に及ぼす影響は少ない。
【実施例２】
【００２２】
図２は実施例２におけるホール素子１２の取付構造の構成図を示し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２３】
本実施例２においては、ホール素子１２をシャフト１１に接着し、リードフレーム１４を介して回路基板１３を中空に配置することは実施例１と同様である。
【００２４】
しかし、回路基板１３にはホール素子１２を非接触で収容するための孔部１８が形成されており、ホール素子１２はこの孔部１８内に配置されている。このように構成することにより、全体として高さが低くなり、構造的に安定する。また、これらの上に樹脂１７をモールドすることが好ましいことは、実施例１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本実施例１、２においては、センサ素子として角度を検出するためのホール素子を用いて説明したが、ホール素子以外にも、磁気抵抗素子、装着位置関係の安定性を要求する他の位置検出センサ、更にはセンサに光を供給するための光ダイオード等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１１ シャフト
１２ ホール素子
１３ 回路基板
１４ リードフレーム
１５ 半田
１６ 切削面
１７ 樹脂
１８ 孔部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばホール素子等のセンサ素子の取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属の薄片から成る一般的なホール素子においては、図３に示すように磁束密度検出面であるチップ面Ｔに直交する磁界の磁束密度をＢとし、ホール素子１に定電流Ｉを流すと、磁束密度Ｂによりローレンツ力を受けて起電力が発生する。ホール素子１の出力Ｖは、Ｋをホール係数、ｄをホール素子の厚みとすると、次の（１）式となる。
Ｖ＝（Ｋ／ｄ）Ｂ・Ｉ …（１）
【０００３】
ホール素子１から成る角度センサでは、磁界方向に対するチップ面Ｔの角度を検出している。
【０００４】
しかし、この角度等を検出するためのホール素子１は、周囲温度等により取付位置が変位することがあり、検出精度への影響が生じ易い。
【０００５】
一般に図４に示すように、ホール素子１からは複数本のリードフレーム２が引き出され、半田３を介して回路基板４に固定されている。そして、例えば被固定体であるシャフト５の切削面等に取り付ける場合には、回路基板４をシャフト５に接着し、ホール素子１はリードフレーム２を介して中空に支持される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このホール素子１を用いてシャフト５の回転角度を測定する場合に、シャフト５の回転角度が極めて小さく、例えば５秒程度の分解能が必要な場合には、ホール素子１を搭載する回路基板４、半田３、リードフレーム２の熱膨張等による変形が検出精度に影響してくる。
【０００７】
つまり、回路基板４が温度により変形し易い材料であったり、リードフレーム２の長さや半田３の量に差があると、周囲温度の影響により回路基板４が反ったり、或いは図５に示すように半田３やリードフレーム２が熱膨張し、ホール素子１が傾いて変位し、高精度の測定が困難となる。
【０００８】
この課題の１つの解決法として、ホール素子１のパッケージ部を回路基板４に接着し、ホール素子１が動かないようにする方法が考えられるが、熱膨張を阻害されたリードフレーム２がホール素子１のパッケージを歪ませ、この歪みがパッケージ内部の回路基板４を歪ませ、更にはホール素子１を変位させるという新たな問題が生ずる。回路基板４が歪んでも、ホール素子１が単結晶の場合には歪みが少ないが、石英ガラス上にＧａＡｓをスパッタリングしたホール素子１のような場合は歪み易いため、その影響が顕著となる。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、センサ素子のリードフレームや、リードフレームと回路基板とを接続する半田等の熱膨張の影響を受け難くし、微小変位の検出を精度良く実施できるセンサ素子の取付構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るセンサ素子の取付構造は、回路基板にリードフレームを介して取り付けたセンサ素子を被固定体に取り付けるセンサ素子の取付構造において、前記被固定体に前記センサ素子の面を接着剤により接着し、前記回路基板を前記リードフレームを介して中空に支持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るセンサ素子の取付構造によれば、センサ素子を直接に被固定体に接着するので周囲環境の温度が変化してもセンサ素子の変位が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の構成図である。
【図２】実施例２の構成図である。
【図３】ホール素子の原理的構成図である。
【図４】従来のホール素子の取付方法の説明図である。
【図５】ホール素子が傾いた状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図１、図２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本実施例におけるセンサ素子としてのホール素子の取付構造の構成図を示している。例えば、フロート式液面計においては、フロートの上下位置を検出して液位を検出しているが、フロートの上下動をシャフト１１の回転に変換し、シャフト１１の回転角度から液位を求めることがある。
【００１５】
このシャフト１１の回転角度を検出する場合に、被固定体として非磁性体である金属製のシャフト１１にホール素子１２を取り付け、磁界中においてホール素子１２に定電流を流すことにより、ホール素子１２の出力値からホール素子１２の角度変位、つまりシャフト１１の回転角を知ることができる。
【００１６】
本実施例１における回路基板１３は、ホール素子１２のリードフレーム１４の膨張や収縮を阻害しないようにするために、例えば変形し易いフレキシブル基板を用い、この回路基板１３にホール素子１２は例えば４本のリードフレーム１４、半田１５を介して接続されている。
【００１７】
リードフレーム１４の回路基板１３への接続に際しては、半田１５の量は均一となるようにし、回路基板１３にホール素子１２を搭載する際には、ホール素子１２に永久歪を生じさせるような外力を加えないように注意する必要がある。
【００１８】
シャフト１１に形成した平坦な切削面１６に、ホール素子１２の表面の平担部が密着するように接着剤により接着し、回路基板１３をリードフレーム１４により中空に支持する。このとき、接着剤が熱膨張しても接着剤の厚み差によりホール素子１２の傾きが生じないように、接着剤はできる限り薄く均一に塗布することが好ましい。また、ホール素子１２は電気絶縁層によりコーティングされているが、ホール素子１２とシャフト１１の間に絶縁板等を介在してもよい。
【００１９】
なお、回路基板１３上のＩＣ等の回路素子は回路基板１３の表面又は裏面或いは双方に配置してもよい。
【００２０】
更に、必要に応じて回路基板１３、ホール素子１２、リードフレーム１４の周囲には樹脂１７をモールドし、電気絶縁性等を確保すると共に、他物品の衝突から保護することが好ましい。
【００２１】
このような構造にすることにより、リードフレーム１４や半田１５に熱膨張が生じても、或いは回路基板１３が変形しても、シャフト１１の切削面１６に接着したホール素子１２はシャフト１１に対して変位することはなく、シャフト１１の回転角の測定精度に及ぼす影響は少ない。
【実施例２】
【００２２】
図２は実施例２におけるホール素子１２の取付構造の構成図を示し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２３】
本実施例２においては、ホール素子１２をシャフト１１に接着し、リードフレーム１４を介して回路基板１３を中空に配置することは実施例１と同様である。
【００２４】
しかし、回路基板１３にはホール素子１２を非接触で収容するための孔部１８が形成されており、ホール素子１２はこの孔部１８内に配置されている。このように構成することにより、全体として高さが低くなり、構造的に安定する。また、これらの上に樹脂１７をモールドすることが好ましいことは、実施例１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本実施例１、２においては、センサ素子として角度を検出するためのホール素子を用いて説明したが、ホール素子以外にも、磁気抵抗素子、装着位置関係の安定性を要求する他の位置検出センサ、更にはセンサに光を供給するための光ダイオード等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１１ シャフト
１２ ホール素子
１３ 回路基板
１４ リードフレーム
１５ 半田
１６ 切削面
１７ 樹脂
１８ 孔部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板にリードフレームを介して取り付けたセンサ素子を被固定体に取り付けるセンサ素子の取付構造において、前記被固定体に前記センサ素子の面を接着剤により接着し、前記回路基板を前記リードフレームを介して中空に支持したことを特徴とするセンサ素子の取付構造。
【請求項２】
前記回路基板はフレキシブル基板としたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子の取付構造。
【請求項３】
前記回路基板に孔部を形成し、前記センサ素子を前記孔部内に非接触で収容することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ素子の取付構造。
【請求項４】
前記センサ素子、回路基板、リードフレームを樹脂によりモールドしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のセンサ素子の取付構造。
【請求項１】
回路基板にリードフレームを介して取り付けたセンサ素子を被固定体に取り付けるセンサ素子の取付構造において、前記被固定体に前記センサ素子の面を接着剤により接着し、前記回路基板を前記リードフレームを介して中空に支持したことを特徴とするセンサ素子の取付構造。
【請求項２】
前記回路基板はフレキシブル基板としたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子の取付構造。
【請求項３】
前記回路基板に孔部を形成し、前記センサ素子を前記孔部内に非接触で収容することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ素子の取付構造。
【請求項４】
前記センサ素子、回路基板、リードフレームを樹脂によりモールドしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のセンサ素子の取付構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９８０４９（Ｐ２０１２−１９８０４９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０８８０（Ｐ２０１１−６０８８０）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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